卡托辛的应用与研究

研究背景

卡托辛（2,2′-双（乙基二茂铁）丙烷）是一种综合性能优良的高效液体燃速催化剂，主要包含4种乙基取代位置不同、物理和化学性质均很相近的卡托辛同分异构体和不同取代基的双二茂铁丙烷，其中卡托辛同分异构体与其他双二茂铁丙烷很难分离[1]。因其优异的催化活性和制药工艺性，卡托辛成为当前复合固体推进剂中主要的燃速催化剂之一[2]。

成分分析

由于卡托辛合成工艺复杂，工业级产品成分也很复杂，使得其相关产品的性能难以得到保证。利用气相色谱-质谱联用技术和高效液相色谱技术，对工业级卡托辛的成分进行了分析。依据各成分结构特性及其极性、溶解度差异，通过柱层析法、溶解-析出法对其进行了分离提纯，得到了含量高且分子结构中含有两个二茂铁单元结构的双核二茂铁。结果发现：工业级卡托辛成分中双核二茂铁的总含量为84.82%，单核二茂铁的总含量为15.18%。柱层析法可得到含量大于99.0%的双核二茂铁，溶解-析出法可得到含量大于96.5%的双核二茂铁，且该法具有可宏量制备、操作工艺简便、成本低等特点[2]。

应用

文献报道了一种高精度天然气切割气，以天然气为主料，在天然气中加入催化助剂，所述的催化助剂由以下体积比的组分构成：溶剂油25-28%，无水乙醇或甲醇14-18%，异丙醇或正丁醇16-20%，二甲苯14-16%，松香水18-22%，卡托辛1.5-2%。所述天然气与催化助剂的比例是每立方天然气添加10-12毫升催化助剂[3]。

节油技术领域还公开了一种汽油节油剂，按以下重量份数的原料制成：环烷酸钡13-18份，植物油酸24-26份，过氧化二碳酸二环已酯32-38份，卡托辛4-6份和异丙苯18-22份。该发明通过环烷酸钡，过氧化二碳酸二环已酯和卡托辛的助燃催化作用，能够增加汽油的燃烧速率，且能够避免燃烧室内存在堆积物，减少污染物的排放，节约耗油量[4]。

有关研究

采用XPS方法研究卡托辛对复合固体推进剂氧化剂AP热分解过程的作用机理。结果表明，热氧化后Fe原子的结合能向高位移动，再根据Fe2p3/2谱强度的变化，说明卡托辛在AP热分解过程中是逐渐氧化过程，Fe-C共轭键逐渐断裂。Cl原子的结合能向低位移动，且在200 eV左右出现低结合能的峰，同时其强度逐渐增大，Cl原子在200 eV处形成的低结合能态的可能途径是卡托辛的分解产物环戊二烯离子与HClO₄的分解产物HCl发生反应，加速HClO₄的分解速度。卡托辛的二茂铁基夹心结构破坏后生成的Fe₂O₃具有较高的反应活性，亦加速AP离解产物HClO₄的分解速度[5]。

参考文献

[1]刘晓菊,索奇,冯海涛,等.高含量卡托辛合成的理论与实验研究[J].北京航空航天大学学报,2021,47(12):2514-2520.DOI:10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0497.

[2]冯海涛,索齐,张驰,等.工业级卡托辛成分分析及其双核二茂铁制备工艺[J].兵工学报,2021,42(05):961-967.

[3]李伟.高精度天然气切割气:CN 201010540210[P].CN 101985573 A[2025-01-15].DOI:CN101985573 A.

[4]马辉,苏闰明,何永斌.一种汽油节油剂:CN202010023734.7[P].CN111154519A.

[5]李彦荣,李晓宇,赵孝彬,等.卡托辛对AP热分解影响的XPS研究[J].固体火箭技术,2012,35(01):79-82+103.